JP6832745B2 - Optical device - Google Patents
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Description
本発明は、特定の偏光状態を有するレーザ光等の入射光を、無偏光、即ちランダムな偏光状態に変更する光学装置に関する。 The present invention relates to an optical device that changes incident light such as a laser beam having a specific polarized state into unpolarized light, that is, a random polarized state.
従来、レーザ光は、テレビ、プロジェクタ、プリンタ、光学露光装置又は光学測定機等の光源として多く用いられている。しかし、レーザ光は、一般的に直線偏光光であるとともにコヒーレント光であるため、散乱面で反射したときにスペックルを生じる。 Conventionally, laser light is often used as a light source for televisions, projectors, printers, optical exposure devices, optical measuring instruments, and the like. However, since laser light is generally linearly polarized light and coherent light, speckle is generated when it is reflected by a scattering surface.
スペックルとは、レーザ光等のコヒーレント光が、散乱面で反射したときに互いに干渉し合うことによって生じる明領域と暗領域との変動パターンである。上記の各装置において良好な画像を得るには、このスペックルを低減させることが必要となる。 The speckle is a fluctuation pattern between a bright region and a dark region that occurs when coherent light such as laser light interferes with each other when reflected by a scattering surface. In order to obtain a good image in each of the above devices, it is necessary to reduce this speckle.
スペックルを解消する方法の一つとして、特定の偏光状態を有する入射光を、無偏光、即ちランダムな偏光状態に変える偏光解消素子を用いる方法がある。 As one of the methods for eliminating specularity, there is a method using a depolarizing element that changes incident light having a specific polarized state into unpolarized light, that is, a random polarized state.
例えば、特許文献1に記載の反射型スクリーンは、偏光解消素子として、それぞれが球面形状を有するマイクロ構造体が複数整列配置された、若しくは複数ランダムに配置された反射面を備えている。この反射型スクリーンによると、入射光がマイクロ構造を有する反射面によって反射されて、適切に分散されることにより、入射光のスペックルが低減される。 For example, the reflective screen described in Patent Document 1 includes, as a depolarizing element, a plurality of microstructures each having a spherical shape, or a plurality of randomly arranged reflective surfaces. According to this reflective screen, the specularity of the incident light is reduced by reflecting the incident light by the reflecting surface having a microstructure and appropriately dispersing the incident light.
また、特許文献2では、レーザ光源と、レーザ光源を含む光源部と、レーザ光源からのレーザ光が通過する光学素子と、この光学素子を振動させる駆動部とを備える。そして、駆動部による駆動動作中に光学素子が振動を停止したときに、光源部からの出射光の輝度を低下させ、何らかの要因で光学素子の振動が停止した旨を外部へ出力し、装置の動作状況に応じた干渉パターンの低減を実現している。 Further, Patent Document 2 includes a laser light source, a light source unit including the laser light source, an optical element through which the laser light from the laser light source passes, and a driving unit that vibrates the optical element. Then, when the optical element stops vibrating during the driving operation by the driving unit, the brightness of the light emitted from the light source unit is lowered, and the fact that the vibration of the optical element has stopped for some reason is output to the outside, and the device The interference pattern is reduced according to the operating conditions.
さらに、特許文献3では、レーザ光が通過する光学素子と、この光学素子を保持する保持部材と、光学素子をレーザ光の光路と直交する面内で振動させる駆動部とを備え、振動の際に光学素子が通過する開口又は切欠きを設けている。
これらの特許文献2及び特許文献3の光学装置では、偏光解消素子をレーザ光の光路と直交する面内で振動させるためにボイスコイルモータを用いている。
Further, Patent Document 3 includes an optical element through which the laser beam passes, a holding member for holding the optical element, and a driving unit that vibrates the optical element in a plane orthogonal to the optical path of the laser beam, and during vibration. Is provided with an opening or a notch through which the optical element passes.
In these optical devices of Patent Documents 2 and 3, a voice coil motor is used to vibrate the depolarizing element in a plane orthogonal to the optical path of the laser beam.
しかし、上記のボイスコイルモータを用いた光学装置は、偏光解消素子を可動部ホルダで挟んで保持している。このため、偏光解消素子の上面の一部が可動部ホルダで覆われ、偏光解消素子に対する入反射光において角度制限が生じ、入射光束径の大きさにも制限が生じてしまう。
また、上記光学装置においてヨークは磁石の周囲を囲んでいるが、コイルの周囲を包囲していないため、磁束が外部へと洩れて、偏光解消素子の駆動を効率よく行うことができず、小型化構成の障害の一因となる。また、磁束が漏れることにより、周辺機構や回路への影響が懸念される。
However, in the optical device using the voice coil motor described above, the depolarizing element is sandwiched and held by the movable portion holder. Therefore, a part of the upper surface of the depolarizing element is covered with the movable portion holder, the angle of the incoming and reflected light to the depolarizing element is limited, and the size of the incident luminous flux diameter is also limited.
Further, in the above optical device, the yoke surrounds the magnet, but does not surround the coil. Therefore, the magnetic flux leaks to the outside, and the depolarizing element cannot be driven efficiently, so that the size is small. It contributes to the obstacles of chemical composition. In addition, there is a concern that the leakage of magnetic flux may affect peripheral mechanisms and circuits.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、偏光解消素子に対する入反射光の角度制限がなく、入反射光の光束径を大きくとれ、且つ偏光解消素子の駆動を効率よく行うことができることから、小型化構成が可能な光学装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and there is no limitation on the angle of the incoming and reflected light with respect to the depolarizing element, the luminous flux diameter of the incoming and reflected light can be made large, and the depolarizing element is efficiently driven. Therefore, it is an object of the present invention to provide an optical device capable of a miniaturized configuration.
本発明は、上記課題を解決するために、以下のものを提供する。
開口部が設けられた前ヨーク、該前ヨークと対向配置された後ヨーク、及び、該後ヨークにおける前記前ヨーク側の面に固定された磁石を備える固定部と、前記前ヨークと前記後ヨークとの間の空間に配置された可動板、該可動板に一端が固定され、前記前ヨークの前記開口部を貫通して前記空間の外部に延びる支柱、該支柱の他端に固定された偏光解消素子、及び、前記可動板の前記後ヨーク側の面において前記磁石と対向配置されたコイルと、を備える可動部と、前記コイルに流す電流値と電流の方向を制御することにより、前記可動部を、前記支柱の延びる方向と直交する面内で振動させる制御部と、を備える光学装置。
The present invention provides the following in order to solve the above problems.
A front yoke provided with an opening, a rear yoke arranged to face the front yoke, a fixing portion having a magnet fixed to a surface of the rear yoke on the front yoke side, and the front yoke and the rear yoke. A movable plate arranged in a space between the two, a support column having one end fixed to the movable plate and extending to the outside of the space through the opening of the front yoke, and a polarization fixed to the other end of the support column. The movable portion includes a eliminating element and a coil arranged to face the magnet on the surface of the movable plate on the rear yoke side, and the movable portion is controlled by controlling the current value and the direction of the current flowing through the coil. An optical device including a control unit that vibrates the unit in a plane orthogonal to the extending direction of the support column.
前記制御部は、前記可動部を、前記固定部に対してランダムに振動させてもよい。 The control unit may randomly vibrate the movable portion with respect to the fixed portion.
前記支柱は、柔軟な部材で製造されていてもよい。 The strut may be made of a flexible member.
本発明によれば、偏光解消素子に対する入反射光の角度制限がなく、入反射光の光束径を大きくとれ、且つ偏光解消素子の駆動を効率よく行うことができることから、小型化構成が可能な光学装置を提供することができる。 According to the present invention, there is no limitation on the angle of the incoming and reflected light with respect to the depolarizing element, the luminous flux diameter of the incoming and reflected light can be increased, and the depolarizing element can be efficiently driven, so that a miniaturized configuration is possible. An optical device can be provided.
図1は本発明の一実施形態の光学装置1の概略図である。
光学装置1は偏光解消素子10を備え、レーザ発振器(図示せず)から発振されたレーザ光Lをスクリーンに照射する際に、偏光解消素子10に反射させることでスペックルを解消する装置である。
偏光解消素子10は、例えば、それぞれが球面形状を有するマイクロ構造体が複数整列配置、若しくは複数ランダムに配置された反射面10aを備える。偏光解消素子10の反射面10aに入射したレーザ光Lは、反射する際に分散され、スペックルが低減されたレーザ光Lとなり、スクリーンに照射されたレーザ光Lはスペックルが低減される。本実施形態の光学装置1は、さらに、スペックルの解消効果をより高めるために、偏光解消素子10を振動させる。
FIG. 1 is a schematic view of an optical device 1 according to an embodiment of the present invention.
The optical device 1 includes a
The depolarizing
光学装置1は、一面に開口部25が設けられた箱型の固定部20と、固定部20に対して移動可能な可動部30と、可動部30の移動を制御する制御部40とを備える。
可動部30は、固定部20の内部に配置された可動板31と、可動板31から固定部20の開口部25を通って固定部20の外側に延びている支柱32と、支柱32の先端に設けられた偏光解消素子10と、を備える。
以下、支柱32の延びる方向をZ方向とし、Z方向と直交するとともに互いに直交する方向をX方向とY方向として説明する。
The optical device 1 includes a box-shaped fixed
The
Hereinafter, the extending direction of the
固定部20は、透磁率の高い部材で製造された箱型のヨーク21と、ヨーク21の内面に固定された磁石22とを備える。
The
ヨーク21は、例えば鉄(Fe)等であり、磁石22の外周を覆うことで、磁石22によって発生する磁束の光学装置1外部への漏れを防止して、磁石22による可動部30の駆動力を増加させ、その結果、小型化構成が実現できる。また、磁束漏れによる周辺機構や回路への影響を低減させる。
ヨーク21は、上述のZ方向と直交するXY平面に沿って延びる矩形板状の後ヨーク21bと、後ヨーク21bと略同形であるが中央部に開口部25が設けられ、後ヨーク21bと平行に対向配置された前ヨーク21fと、後ヨーク21bと前ヨーク21fとの間に配置されて箱型の側面を形成する側部21sとを有する。
The
The
図2は、可動部30の可動板31における支柱32が取り付けられている側と反対側の面を、Z方向から見た図である。前ヨーク21fの開口部25は本実施形態において図2において点線で示すように円形である。ただしこれに限らず正方形や長方形等であっても良い。
FIG. 2 is a view of the surface of the
後ヨーク21bの内面側における、図2に示す4つのコイル33(後述する33X1,33X2,33Y1,33Y2)のそれぞれと対向する位置に、磁石22(図1に示す22X1,22X2、及び図示しない22Y1,22Y2)が配置されている。磁石22は、永久磁石であり、例えばネオジムや鉄、ホウ素、プラスチック磁石材料から形成されている。
Magnets 22 (22X1,22X2 shown in FIG. 1 and 22Y1 not shown) are located on the inner surface side of the
可動部30の可動板31は、前ヨーク21f及び後ヨーク21bよりも小さな矩形部材であり、前ヨーク21fと後ヨーク21bと間の空間Sに配置されている。
支柱32は、可動板31に一端が固定され、他端側が、前ヨーク21fの開口部25から前ヨーク21fと後ヨーク21bと間の空間Sの外部へと延びる円柱部材である。ただし、円柱に限るわけではなく、円筒、角柱、角筒等であってもよい。
偏光解消素子10は、可動板31、前ヨーク21f、及び後ヨーク21bと平行に配置された矩形部材、若しくは円形部材である。
The
The
The
可動板31における、後ヨーク21bに固定された磁石22と対向する位置に、図2に示すように4つのコイル33(33X1,33X2,33Y1,33Y2)が取り付けられている。コイル33は、例えば巻き線コイルである。
4つのコイル33は、可動板31のX方向の両端に取り付けられたコイル33X1、33X2と、可動板31のX方向に延びる一辺に沿って、X方向に並ぶように配置されたコイル33Y1、33Y2とである。
As shown in FIG. 2, four coils 33 (33X1, 33X2, 33Y1, 33Y2) are attached to the
The four coils 33 are the coils 33X1 and 33X2 attached to both ends of the
可動部30は、更に3つのホール素子34(34a,34b,34c)を有する。ホール素子34は、可動部30の固定部20に対する変位を検出する位置センサであり、コイル33Y1,33Y2,33X1と重なる位置に配置されている。
可動板31が例えばX方向に移動すると、磁石22X1によって形成される磁界に対して、ホール素子34cが移動するので、ホール素子34cに対する磁束密度が変化する。
The
When the
可動板31と固定部20との間には3つの付勢バネ35(35a,35b,35c)が取り付けられて、付勢バネ35によって可動板31と固定部20とはZ軸方向に付勢されている。
可動板31の後ヨーク21b側の面の、例えば3か所に、保持部37(37a,37b,37c)が設けられている。保持部37には、転動可能に摺動ボール36(36a,36b,36c)が配置されている。摺動ボール36は、後ヨーク21bの内面と当接し、その内面を転動する。これにより可動板31は、Z軸と垂直なXY平面内を滑らかに移動可能となる。
Three urging springs 35 (35a, 35b, 35c) are attached between the
Holding portions 37 (37a, 37b, 37c) are provided on the surface of the
偏光解消素子10は、これに限定されるものではないが、例えば、上述したようにそれぞれが球面形状を有するマイクロ構造体が複数整列配置、若しくは複数ランダムに配置された反射面を備えたものである。レーザ光Lを偏光解消素子10に反射させることで、レーザ光Lが分散され、スペックルを低減することができる。
The depolarizing
制御部40は、電源部41を有し、電源部41を介してコイル33に流す電流値を制御する。電源部41より所定値の電流がコイル33に流されると、磁石22より発生する磁力とのコイル22の電流とによって、コイル33に電磁力が働く。このコイル33に働く電磁力によって、可動部30は固定部20に対してXY平面内で振動する。
制御部40は、ここで、コイル33へ流れる電流値と電流の方向を制御することによって、可動部30、即ち偏光解消素子10をXY平面内において振動させる。ここで、制御部40は、偏光解消素子10をXY平面内においてランダムに振動させることが好ましい。
また、制御部40は、位置検出部42を有する。位置検出部42は、磁束密度の変化に伴うホール素子34の出力電流の変化を検出することによって可動部30の位置を検出する。
The
Here, the
Further, the
本実施形態によると、入射光がレーザ光Lのような直線偏光光であっても、偏光解消素子10により反射されることにより、反射光は異なる方向に偏光された光が混在した状態となる。したがって、出射光は偏光が解消された状態となる。
例えば、偏光解消素子10が配置されていない場合、直線偏光光であるレーザ光Lがスクリーンに投影されると、スペックルと呼ばれる斑点状の模様が観察される。スペックルは、スクリーンで散乱された光が、面上の微視的な凹凸に応じたランダムな位相関係で干渉し合うために生じるものである。
しかし、本実施形態によると、偏光解消素子10により反射光は異なる方向に偏光された光が混在した状態となるので、スペックルを解消することができる。
According to the present embodiment, even if the incident light is linearly polarized light such as laser light L, the reflected light is reflected by the depolarizing
For example, when the depolarizing
However, according to the present embodiment, the reflected light is in a state of being mixed with light polarized in different directions by the depolarizing
本実施形態では、偏光解消素子10が、XY平面に沿って振動する。したがって、偏光解消素子10が振動しない場合よりも、さらに多くの方向に偏光された光が出射されるのでスペックル低減効果をより向上することができる。
In this embodiment, the depolarizing
本実施形態では偏光解消素子10の振動方向がランダムなので、ランダムな偏光を有する光が出射され、スペックル低減効果をより向上することができる。
In the present embodiment, since the vibration direction of the depolarizing
位置検出部42によって検出された固定部20に対する可動部33の位置情報を、コイル33へ入力される電流値にフィードバックすることにより、可動部30の振動を所定範囲内に制限し、例えば、可動板31とヨーク21との衝突を防止することができる。
By feeding back the position information of the movable portion 33 with respect to the fixed
本実施形態において、偏光解消素子10は、ヨーク21の内部に配置された可動板31から前ヨーク21fの開口部25を通って、ヨーク21の外側まで延びる支柱32の先に固定されている。この効果を、比較形態と対比させて説明する。
In the present embodiment, the depolarizing
図3は本実施形態の比較形態の光学装置101である。比較形態では偏光解消素子110が固定部120の前ヨーク121fと後ヨーク121bとの間の空間Sに配置されている。この場合、レーザ光Lは前ヨーク121fの開口部125より偏光解消素子110に入射するので、前ヨーク121fの開口部125の開口径に応じて入射角度が制限される。
一方、入射角を大きくするために前ヨーク121fの開口部125の開口径を大きくすると、ヨーク21の外部へと洩れる磁束が多くなる。したがって本実施形態と同様の駆動力を得るには、コイル133に流す電流値を大きくする必要があり、駆動効率が低下する。
また、光学装置101を大型化することによって入射角を大きくすることもできるが、大型化すると、製造コストがかかり、装置のコンパクト化という要請に反する。また、大型化すると他の装置へ組み込む際の柔軟性が低下する。
FIG. 3 is an
On the other hand, if the opening diameter of the
Further, it is possible to increase the incident angle by increasing the size of the
さらに、比較形態では偏光解消素子110がヨーク120の内部に配置されているので、偏光解消素子110を取り外しにくくなり、例えば用途に応じて異なるものに交換することが困難となる。
また、レーザ光Lが偏光解消素子110に入射する際に、前ヨーク121fの開口部121の端面において発生する迷光が偏光解消素子110に入射したり、スクリーンに反射したりする可能性もある。
Further, in the comparative form, since the depolarizing
Further, when the laser beam L is incident on the depolarizing
しかし、本実施形態において偏光解消素子10は、ヨーク21の内部に配置された可動板31から、前ヨーク21fの開口部25を通ってヨーク21の外側まで延びる支柱32の先に固定されている。すなわち、偏光解消素子10は、ヨーク21の外部に配置されている。
したがって、前ヨーク21fによって、レーザ光Lが遮られることがないので、入射光の入射角度が制限されない。
However, in the present embodiment, the depolarizing
Therefore, since the laser beam L is not blocked by the
また、偏光解消素子10がヨーク21の外部に配置されているので、交換が容易である。したがって、ユニットが共通で用途に応じた偏光解消素子の交換が可能となる。
Further, since the depolarizing
さらに、レーザ光Lが偏光解消素子110に入射する際に、前ヨーク21fの開口部121の端面において発生する迷光が偏光解消素子10に入射したり、スクリーンに反射したりする可能性を最小に抑えることができ、性能を向上することができる。
Further, when the laser beam L is incident on the depolarizing
偏光解消素子10の大きさを大きくすることなく、入射角が大きくなるので、装置の小型化が可能となり、製造コストが低減される。また、他の装置へ組み込む際の柔軟性が向上する。
Since the incident angle is increased without increasing the size of the depolarizing
以上、本発明の実施形態について説明したが、材料、形状、配置、寸法等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the materials, shapes, arrangements, dimensions, etc. are examples, and the present invention is not limited thereto, but is within the scope of the present invention described in the claims. Various changes are possible with.
例えば、支柱32を、例えば弾性部材等で製造することによって柔軟性を持たせてもよい。支柱32が柔軟性を有することにより、可動板31の駆動条件(周波数・振幅)によって、偏光解消素子10の振動を増幅することが可能で、偏光解消素子10に対してより大きな振動やランダムな振動を効果的に与えることが可能となり、スペックル低減効果をさらに向上できる。
For example, the
L レーザ光
S 空間
1 光学装置
10 偏光解消素子
20 固定部
21 ヨーク
21b 後ヨーク
21f 前ヨーク
22 磁石
25 開口部
30 可動部
31 可動板
32 支柱
33 コイル
34 ホール素子
35 付勢バネ
36 摺動ボール
37 保持部
40 制御部
41 電源部
42 位置検出部
L Laser beam S Space 1
Claims (3)
前記前ヨークと前記後ヨークとの間の空間に配置された可動板、該可動板に一端が固定され、前記前ヨークの前記開口部を貫通して前記空間の外部に延びる支柱、該支柱の他端に固定された偏光解消素子、及び、前記可動板の前記後ヨーク側の面において前記磁石と対向配置されたコイルと、を備える可動部と、
前記コイルに流す電流値と電流の方向を制御することにより、前記可動部を、前記支柱の延びる方向と直交する面内で振動させる制御部と、
を備える光学装置。 A front yoke provided with an opening, a rear yoke arranged to face the front yoke, and a fixing portion having a magnet fixed to the front yoke side surface of the rear yoke.
A movable plate arranged in a space between the front yoke and the rear yoke, a support column having one end fixed to the movable plate and extending to the outside of the space through the opening of the front yoke, the support column of the support column. A movable portion including a depolarizing element fixed to the other end and a coil arranged to face the magnet on the rear yoke side surface of the movable plate.
A control unit that vibrates the movable portion in a plane orthogonal to the extending direction of the support column by controlling the current value flowing through the coil and the direction of the current.
An optical device equipped with.
請求項1に記載の光学装置。 The control unit randomly vibrates the movable portion with respect to the fixed portion.
The optical device according to claim 1.
請求項1または2に記載の光学装置。 The strut is made of a flexible member,
The optical device according to claim 1 or 2.
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